Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

004603778

На правах рукописи

Николаев Дяпил Валериевич

Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторс, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения

01.04.10 - физика полупроводников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2010

1 О И Ю Н 2010

004603778

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики полупроводников и А. В. Ржанова Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Антонова Ирина Вениаминовна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Ковчавцев Анатолий Петрович кандидат физико-математических наук, доцент

Карзанов Вадим Вячеславович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный университет», г. Томск

Защита состоится « 15 » июня 2010 г. в « 15-00 » часов на заседании диссертационного совета Д 003.037.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Инсти та физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения РАН.

Автореферат разослан « 12 » мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук

Погосов А. Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы: Структуры «кремний-на-изоляторе» (КНИ) заняли прочное место в мире микроэлектроники. Традиционная кремниевая микроэлектроника приближается к пределу миниатюризации, а новые технологии требуют еще большей плотности упаковки элементов, более высокого быстродействия и т.д. Структуры КНИ позволяют решить ряд проблем, связанных с уменьшением топологических размеров и одновременным сохранением технологий кремниевой микроэлектроники, главным отличием которых в случае КНИ является изготовление приборов не в объемном кремнии, а в тонком слое монокристаллнческого кремния. Это продиктовано, в первую очередь, такими преимуществами этих структур, как возможность существенного снижения паразитных емкостей, обеспечение надежной диэлектрической изоляции приборов в интегральных схемах (ИС), сравнительная простота управления токовыми режимами, возможность снижения рабочих напряжений и мощностей [1-3]. Первоначально использование кремния на диэлектрике было ориентировано на изготовление приборов, способных работать в экстремальных условиях (высокая температура и воздействие ионизирующего излучения), и обеспечивающих разработку электронной аппаратуры для аэрокосмической, атомной и оборонной промышленности. Однако наибольший интерес в последнее время вызывают перспективы применения этих структур для изготовления низковольтных и высокочастотных ИС с малой потребляемой мощностью, широко используемых в портативной электронной аппаратуре (мобильные телефоны, карманные компьютеры и т.п.). Для создания таких ИС необходимы структуры, в которых как тонкий рабочий слой монокристаллического кремния, так и диэлектрический слой были бы практически бездефектны и не напряжены, имели одинаковую толщину по всей площади структуры, а граница раздела между ними обладала низкой плотностью поверхностных состояний [!]•

Из многообразия способов изготовления таких структур на практике широко применяются два основных — S1MOX (Silicon IMplanted by OXygen) и Smart Cut [2,3]. В обоих способах основным процессом при изготовлении является имплантация, в первом случае ионов кислорода, во втором — водорода. В первом случае имплантация используется для создания захороненного окисла, во втором — для отщепления тонкого слоя монокристаллического кремния после сращивания окисленных пластин кремния. Как известно, имплантация вводит множество дефектов, часть которых устраняются при помощи термообработок, а часть идет на формирование новых электрически активных центров. Эти дефекты оказывают существенное влияние на электрофизические свойства кремния и его окисла, особенно на границах раздела. Процесс сращивания пластин кремния также вносит определенные изменения в свойства полученных структур по сравнению со свойствами исходного кремния, которые следует знать для успешного изготовления приборов. Таким образом, мы получаем структуры,

свойства исходных кристаллов в которых в значительной мере изменены и которые слабо изучень Исторически сложилось так, что структурам SIMOX посвящено огромное множество работ, в кот рых обсуждались практически все аспекты их получения, характеризации и использования. В то время количество работ по структурам КНИ, полученным методом сращивания, ограничено, и мн гие вопросы остаются открытыми.

В Институте физики полупроводников СО РАН разработан способ изготовления «рук КНИ, использующий процесс имплантации водорода [4]. Отличие данного способа получен структур КНИ от технологии Smart Cut заключается в том, что после имплантации водорода защ ный слой окисла на рабочей пластине удаляется, а будущий скрытый окисел выращивается на в рой пластине — подложке. В результате скрытый окисел не подвергается в процессе изготовлен структуры КНЙ радиационному воздействию, что может значительно улучшить радиационную ctoi кость структур КНИ. В технологии Smart Cut облученный окисел используется как будущий скр тый диэлектрик, и в структурах, получаемых с ее помощью, граница сращивания расположена п скрытым окислом. Возникает вопрос, как повлияет расположение границы сращивания между скр тым окислом и рабочим слоем кремния и использование необлученного диэлектрического слоя (б дущего скрытого окисла) на свойства структуры в целом.

Цель работы: Определение параметров и природы электрически активных центров, дефектов в сл ях и состояний на гетерограницах структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращив ния и водородного расслоения. Задачи:

1. Определение энергетического спектра состояний на границе раздела Si-Si02, созданной cpaj ванием в структурах кремний-на-юоляторе и природы этих состояний.

2. Определение роли водорода в формировании состояний на границе сращивания и ее стабильн ста.

3. Изучение глубоких уровней в отсеченном слое кремния структур КНИ.

4. Определение величины заряда и исследование ловушек в скрытом окисле структур КНИ.

5. Исследование воздействия радиации на структуры КНИ. Научная новизна работы:

1. Определены основные электрофизические параметры структур КНИ, изготовленных по технол гии, разработанной в Институте физики полупроводников СО РАН, а именно: концекграци энергии и пространственное распределение цешров с глубокими уровнями в отсеченном сл структур, плотность и распределение по энергиям состояний на границах раздела Si-Si02, вел чина заряда в диэлектрике, пробивные напряжения и др. Показано, что данные параметры соо

встствуют, а по отдельным позициям превосходят параметры структур КНИ, изготовленных другими известными методами.

2. В работе определен энергетический спектр ловушек на границе Si-Si02 структур КНИ, изготовленных по технологии сращивания кремниевой пластины с окисленной подложкой и продемонстрировано отличие этого спектра от спектра для границы Si-SiC>2, созданной термическим окислением. Различие заключается в формировании других дефектов на границе сращивания, следствием чего являются относительно узкий энергетический спектр состояний, необычная трансформация спектра при отжиге в атмосфере водорода и неоднородное распределение плотности состояний по поверхности.

3. Обнаружено, что структуры КНИ обладают более высокой радиационной стойкостью по сравнению со структурами КНИ, изготовленными другими методами (SIMOX, Smart Cut и BESOI). Показано, что высокая радиационная стойкость связана с полной пассивацией ловушек в скрытом окисле водородом в процессе изготовления структур КНИ, и, как следствие, в замедленном накоплении заряда при облучении.

4. Показано, что благодаря пассивации водородом электрически активных примесей и дефектов в отсеченном слое кремния и на границе сращивания Si-Si02, структуры КНИ имеют электрофизические характеристики, не уступающие характеристикам структур КНИ, изготовленных другими методами.

Практическая значимость работы:

1. Определены основные электрофизические параметры структур КНИ — плотность состояний на границах раздела, заряд в скрытом окисле, напряжение пробоя, параметры глубоких уровней в отсеченном слое кремния, плотность HF-дефекгов. Показано, что пластины обладают параметрами, позволяющими создавать приборы и схемы, не уступающих по своим характеристикам аналогам ведущих западных фирм.

2. Разработан способ снижения плотности HF-дефекгов в отсеченном слое структур КНИ с помощью проведения дополнительного отжига в атмосфере азота при изготовлении структур КНИ.

3. Совокупность проведенных исследований показывает, что расположение границы сращивания в непосредственной близости от рабочего слоя кремния (между отсеченным слоем кремния и диэлектриком) структур КНИ дает ряд преимуществ данным структурам по сравнению со структурами, изготовленными другим способами. Высокое качество слоев вблизи границы сращивания обеспечивается пассивацией примесей и дефектов остаточным водородом.

4. Продемонстрирована высокая радиационная стойкость структур КНИ. Выработаны рекомёнда ции по уменьшению влияния радиационного воздействия на структуры КНИ путем выбора тип проводимости и уровня легирования подложки. Достоверность результатов проведенных исследований обусловлена применением современны методов изготовления образцов и применением современных высокоточных измерительных приб ров и надежных измерительных методик, сравнением результатов, полученных разными методами н различных типах структур КНИ. Ряд полученных результатов был позднее экспериментально и те ретически подтвержден в работах других авторов. На защиту выносятся положения:

1. Размещение границы Si-SiO^, созданной сращиванием, в непосредственной близости от отсече1 ного слоя кремния (рабочей области) структур КНИ, изготовленных методом сращивания и вод родного расслоения, обеспечивает более низкие значения плотности состояний на границе, зар да и ловушек в диэлектрике.

2. Набор и концентрация электрически активных центров в отсеченном слое кремния, плотность с стояний на гетерограницах, заряд и количество ловушек в окисле определяются водородом, вв димым в процессе изготовления структур КНИ, несмотря на высокую температуру отжига

поо°с. !

3. Меньшая плотность ловушек в скрытом диэлектрике вблизи границы сращивания Si-SiOí в соч тании с их пассивацией при изготовлении структур КНИ обеспечивает более высокую радиац онную стойкость к воздействию ионизирующего излучения по сравнению со структурами КН изготовленными другими способами.

Апробация работы:

Результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на семинар ИФП СО РАН (2000-2003), на научных конференциях: «Радиационно-термические эффекты и пр цессы в неорганических материалах» (Байкал, 2000); Intern. Conference Of Ion Implantation Technol gy (Austria 2000); NATO ARW Progress in Semiconductor-On-Insulator Structures and Devices Operati at Extreme Conditions (Kiev 2000); GADEST-2001; Кремний-2002 (Новосибирск); Electrochemical S ciety Meeting: Silicon-on-Insulator Technology and Devices XI (Paris 2003); III Российская конференц по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных крист лов кремния и приборных структур на их основе («Кремний-2003», Москва, МИСиС); Полупрово ники-2003 (С.-Петербург, 2003).

Публикации: Основные результаты опубликованы в 10 работах.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу заключался в участии в постановке задач, проведении экспериментов, обработки экспериментальных данных, проведении расчётов, обсуждении результатов, оформлении статей.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных результатов, изложена на 130 страницах, включая 45 рисунков, 12 таблиц и списка цитируемой литературы из 126 наименований. Содержание работы:

Во введении обоснована актуальность темы исследования и сформулированы цели и задачи работы.

Первая глава носит обзорный характер. В кратком виде изложены известные в литературе данные об основных методах получения структур кремний-на-изоляторе. Рассматриваются свойства структур, получаемых по технологии S1MOX, Smart Cut и BESOI, также представлены данные по свойствам исследуемых структур, известные на момент начала работы и появившиеся до настоящего времени. Обсуждаются свойства границ раздела окисел-кремний, поверхностные состояния, ловушки в диэлектрике и их природа в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Отдельный параграф посвящен воздействию напряжения и ионизирующего излучения на структуры МДП и КНИ. На основе проведенного анализа литературных данных, сформулированы основные цели и задачи исследования.

Во второй главе описан процесс изготовления структур КНИ, контрольных образцов и методы исследования, и дополнительные обработки, использованные для экспериментов.

Для изготовления структур КНИ был использован кремний <100>, выращенный методом Чох-ральского и, в специально оговоренных случаях, методом зонной плавки. Пластины имели р- и п-тип проводимости, диаметр составлял 100 мм. Кратко процесс изготовления структуры КНИ заключается в следующем: В одну кремниевую пластину проводится имплантация водорода. Необходимая доза зависит от используемой энергии и толщины SiO^ и лежит в диапазоне (3-6)xl0"W2. Вторая пластина кремния окисляется до толщины окисла, необходимого в конечной структуре КНИ. Обычно использовались окислы толщиной 0,2-0,4 мкм. Затем после специальной очистки и гидрофилизации поверхности пластины соединяются пленарными сторонами друг к другу и прижимаются. Последующая термообработка при температурах 400-600°С приводит к сращиванию кремния с окислом с одновременным расщеплением по слою, где сосредоточен имплантированный водород. В результате тонкая пленка кремния переносится с одной пластины на окисленную поверхность другой. Толщина отсеченного слоя кремния определяется использованной энергией ионов водорода. Заключительной операцией при изготовлении структуры КНИ является отжиг при 1100-1150°С, который позволяет

укрепить связи перенесенной пленки с подложкой, отжечь радиационные дефекты и удалить из структуры водород, В результате в исследованных структурах КНИ граница отсеченный слой крем-ния-скрытый окисел является границей сращивания, тогда как граница подложка-скрытый окисел создавалась термически окислением. Для сравнения были также изготовлены тестовые структуры МОП, в которых окисел выращивался в таком же режиме, что и для структур КНИ. Также для исследований были изготовлены структуры КНИ по технологии ВЕ801. Технология сращивания была такой же, как в структурах, описанных выше, но имплантация водорода не производилась, а утончение отсеченного слоя проводилось путем механической шлифовки и полировки.

В отдельных случаях проводилось дополнительное легирование отсеченного слоя кремния бором (Е=130 кэВ, Е)=1015 см"2) или фосфором (Е=300 кэВ, 0=Ю12 см"2) с последующим отжигом для активации внедренной примеси при 900-1100°С. В зависимости от потребностей создавались структуры с одинаковым или разным типом проводимости и уровнями легирования в подложке и отсеченном слое крем»шя. Все измерения проводились на мезаструктурах - островках кремния на поверхности окисла, на которых создавались контакты путем напыления алюминия. Площадь мезаструктур варьировалась в диапазоне 0,5 - 1 мм2.

Для исследований использовались методы измерения высокочастотных вольт-фарадных (СУ) характеристик и метод зарядовой спектроскопии глубоких уровней (О-ОЬТБ), измерения составляющих комплексной проводимости структур (С-У, О-У), измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ), селективное травление и оптическая микроскопия. Инжекция заряда в скрытый окисел осуществлялась путем выдержки структур КНИ под напряжением Е = ±(2 - 5,5) МВ/см во временном интервале до 120 мин. К исследованной структуре прилагались как положительное, так и отрицательное напряжения, и это позволяло инжектировать носители заряда через обе границы скрытого окисла - из пленки и из подложки. Для анализа СУ-характеристик структур КНИ использовался подход, когда структура рассматривается как две встречно включенные МДП-структуры с общим диэлектриком, развитый в [3]. Описываются разные способы проведения измерений и расчета распределений плотнбсти поверхностных состояний по энергиям из спектров Бите и вольт-фарадных характеристик. Нужно отметшъ, что в работе, наряду с известными, были использованы оригинальные способы проведения измерений и обработки результатов, позволяющие обнаруживать неоднородности в пространственном распределении состояний вдоль границы. Причем масштаб этих неод-нородностей меньше площади контактов (т.е. площади, по которой происходило усреднение при измерениях).

Облучение ;гамма-квантами и электронами проводилось в Институте Ядерной Физики СО РАН. Облучение электронами с энергией 2,5 МэВ проводилось в импульсном режиме с длительно' ! 8

стыо импульса 400 мкс. Плотность тока в импульсе составляла 0,1 - 0,3 А/см2. Частота следования импульсов регулировалась так, чтобы средняя температура образца во время облучения не превышала 50°С. Вторым источником являлся цезий обеспечивающий непрерывное излучение у-квантов с энергией 662 кэВ и скоростью набора дозы 100 рад/с. В обоих случаях облучение проводилось в диапазоне доз 105-107 рад. Структуры облучались без приложения дополнительного смещения. Проводились также дополнительные термообработки образцов при 450 °С в атмосфере смеси азота с водородом (состав с содержанием 10-15 % водорода).

В третьей главе приведены экспериментальные данные по исследованию электрически активных центров в слоях и состояний на границах раздела в структурах КНИ. Основной метод исследования — р-ВЫЙ. Обнаружены глубокие уровни вблизи поверхности отсеченного слоя кремния и в структурах, изготовленных без использования водородного расслоения, и получено распределение по энергиям состояний на обеих границах ЗкЧЮг.

Показано, что в отсеченном слое кремния наблюдаются два центра с энергиями и сечениями захвата Ес- 0,39 эВ, а = 1x10"" см2 и Ес - 0,58 эВ, <т = 4х10"н см2 соответственно, которые сосредоточены в приповерхностном слое толщиной до 0,2 мкм и, предположительно, связаны с остаточными постимплантационными дефектами. Остальной слой кремния толщиной ~ 0,3 мкм от захороненного окисла не содержит центров с глубокими уровнями (электрически активных примесей и дефектов). Это подтверждается также отсутствием глубоких уровней на спектрах О-ОЬТБ в структурах КНИ с более сильно легированным верхним слоем, когда тестируемая область не доходит до нарушенного приповерхностного слоя.

Обработка спектров О-ОЬТЗ показала, что в структурах КНИ на границе подложка-термический окисел распределение состояний по запрещенной зоне является Ц-образным (рис. 1) и близко к тому, что наблюдается при исследовании состояний на термически созданной границе БЮг в обычных МДП-структурах. На границе диэлектрика с отсеченным слоем кремния (граница сращивания) распределение состояний в верхней половине запрещенной зоны характеризуется узкой полосой энергий в пределах от Ес-0,17 до Ес-0,36 эВ (рис.1 и 2). Оценки сечения захвата носителей заряда на ловушки показали, что его величина составляет ~10"18 см2. Предположено, что основной причиной наблюдения узкого энергетического интервала распределения состояний на границе Эь 5Ю), полученной сращиванием, является практическое отсутствие переходного слоя между кремнием и окислом. Отсутствие переходного слоя на границе сращивания следовало из данных спектральной эллипсометрии и просвечивающей электронной микроскопии, тогда как для термической границы 81-5Ю2 в структурах КНИ те же методики продемонстрировали наличие переходного слоя толщиной 2-3 нм [5].

Обсуждаются результаты исследования изменений спектра состояний на границе З^-ЭЮг, полученной сращиванием, при пассивирующем отжиге в атмосфере водорода в сравнении с границей подложка-термический 8102 в структурах КНИ. Одним из стандартных режимов такой пассивации состояний на границе 81-8102 является отжиг при относительно невысокой температуре (~450°С) в атмосфере смеси азота с водородом. Обнаружено, что при отжиге в атмосфере водорода, происходит смещение спектра энергий состояний в область более низких значений (от Ес— (0,17 - 0,36) эВ до Ес-(0,0В - 0,22) эВ). Плотность наблюдаемых состояний после отжига несколько возрастает (рис.2). Величина сечения захвата для состояний в отожженных образцах уменьшилась до величины 10"19 см2. По-видимому, дополнительная термическая обработка повлекла за собой перестройку состояний на границе сращивания. На границе 81-8Ю2 между подложкой и скрытым диэлектриком (граница, созданная термическим окислением) величина сечения захвата носителей составляла 10"18 см2 для всего спектра состояний до отжига и заметно не изменилась после отжига в атмосфере водорода. Показано, что для границы ^¡-термический БЮг в структуре КНИ имеет место пассивация состояний водородом, в результате |чего плотность состояний существенно уменьшается. Таким образом, на дальней от поверхности границе 8|-8Юг в КНИ наблюдается обычная пассивация состояний при отжиге в атмосфере водорода.

0,6 0,8 1,0

0,2 0,4

гЯ

т Л 1а юш г о /2

О 1

10»

10"

10"

10'

0,2 0,4 | 0,6 0,8 1,0 Еу Ф.ЭВ

Ю

о исходная

—•— после отжига

/

!

Ес

0,6

0,7 0,8 0,9 Е -Е, эВ

1,0 1,1

Рис.1. Распределение плотности состояний на Рис.2. Распределение состояний на границе

границах раздела Б^БЮг структур КНИ: 1 граница сращивания, 2 - термическая граница.

сращивания 8|/8Юг для структуры КНИ до и после отжига в атмосфере водорода.

С целью выяснить роль высокой концентрации водорода, присутствующего в структурах КНИ в процессе их изготовления за счет имплантации водорода в одну из пластин, было проведено сравнение центров с глубокими уровнями и спектров ловушек на границе сращивания Б^БЮг в структу-

pax КНИ, изготовленных двумя разными способами. В первом случае это были стандартные структуры КНИ, изготовленные с использованием расслоения одной из пластин по слою имплантированного водорода. Во втором случае (структуры КНИ BESOI) при изготовлении структуры КНИ имплантация водорода не проводилась, а утончение отсеченного слоя кремния было выполнено путем шлифовки и полировки. В остальном последние структуры прошли стандартные операции изготовления КНИ. Для структур КНИ BESOI наблюдается аналогичный спектр состояний в запрещенной зоне, но интегральная плотность состояний оказалась примерно на порядок выше. Большая плотность состояний в структурах КНИ BESOI по сравнению со структурами КНИ позволяет говорить о частичной пассивации состояний на границе сращивания Si-Si02 водородом, введенным имплантацией в процессе изготовления структур

В отсеченном слое кремния структуры КНИ BESOI были обнаружены четыре электрически активных центра. Наблюдались глубокие уровни с энергиями и сечениями захвата Ес - 0,09 эВ, ст=1х10"19см2; Ес — 0,12 эВ, ст=1х10"19см2; Ес-0,40 эВ, а=1х10"|бсм2; Ес- 0,63 эВ, а=1х1013 см2. Более мелкие центры (Ес- 0,09, Ес- 0,12 эВ) оказались нестабильными и исчезали при выдержке структуры под напряжением. Такое поведение характерно для щелочных металлов в кремнии. Появление электрически активных центров в отсеченном слое кремния связано, по-видимому, с загрязнениями поверхности в процессе сращивания. Все наблюдаемые центры не совпадали с центрами, обнаруженными в структурах КНИ, изготовленных с использованием водородного расслоения и связанных нами с остаточными радиационными дефектами.

Показано, что водород, присутствующий в структуре КНИ в процессе ее изготовления: пассивирует центры с глубокими уровнями в отсеченном слое кремния и уменьшает плотность поверхностных состояний на границе сращивания Si-Si02.

Исследована однородность распределения состояний на границе Si-Si02, созданной по технологии сращивания в структуре КНИ. Для этого были проведены расчеты распределения состояний на границе Si-Si02no энергиям из спектров DLTS тремя разными способами — (1) Для построения распределений первым способом был использован метод, предложенный в работе [6]. Энергия центров, которые при данных температуре и временном окне дают основной вклад в DLTS сигнал, определяется выражением Ес - Е = kTln(crvNcT), где Е — энергия уровня, к •— постоянная Больцмана, о — сечение захвата на уровень, Nc — плотность состояний в зоне проводимости, т — величина временного окна, при котором проводились DLTS измерения. Данный способ требует знания сечения захвата на уровень, которое может быть оценено из DLTS спектров, снятых при относительно небольшой амплитуде заполняющего импульса, когда перезаряжаются ловушки в относительно узком интервале

энергий. (2) Аппроксимация каждого спектра, измеренного при малом значении амплитуды заполняющего импульса, выражениями для перезарядки центров с фиксированными значениями энергии. (3) Расчет изгиба зон на границе отсеченный слой кремния - окисел при данном напряжении и амплитуде заполняющего импульса и определение диапазона энергий перезаряжающихся ловушек.

Первые два метода расчета не требуют однородного распределения плотности поверхностных состояний. Третий способ предполагает однородность в распределении состояний на границе раздела 51-3)02. Нужно отметить, что для второй границы 5¡-БЮг (граница с подложкой), созданной термическим окислением, все три способа дают распределения состояний по энергиям, достаточно хорошо согласующиеся между собой. Для термической границы, как известно, характерно однородное распределение состояний вдоль границы. Совершенно другая ситуация наблюдается для границы сращивания. Первые два способа работают и согласующиеся между собой результаты. А расчет по третьему способу находятся в противоречии с данными первых двух. Это противоречие было объяснено наличием неоднородностей в пространственном распределении заряда, захваченного на состояния. При этом оценю! величины флуктуации поверхностного потенциала на границе скрытого диэлектрика с отсеченным слоем кремния показали, что она лежит в пределах 0,30 - 0,35 эВ. Показано, что эти флуктуации связаны с отрицательным зарядом на поверхностных состояниях, а не с фиксированным зарядом в окисле и составляют как минимум (1,5 - 2,0)х10" см"2 на фоне плотности заряда (3-5)х10и см"2 на данной границе. Наличие неоднородного распределения состояний на границе сращивания мы связываем со структурой границы, а именно с наличием крупных структурных дефектов, расположенных в плоскости границы.

В отсеченном слое структур, на которых проводились исследования методом О-ГЛЛ'Б, присутствовали так называемые ОТ-дефекты (дефекты, которые проявляются при травлении в плавиковой кислоте) с плотностью ~103 см"2, связанные в наших структурах с кислородными преципитатами, поскольку структуры КНИ были изготовлены из кремния, выращенного методом Чохральского (Сг-Б») с высокой концентрацией кислорода. В главе описываются найденные способы устранения НИ-дефектов из отсеченного слоя кремния структур КНИ путем проведения дополнительной термообработки или изменения режимов заключительного отжига.

В четвертой главе приводятся результаты исследования свойств скрытого диэлектрика структур КНИ в сравнении со свойствами исходного окисла и влияния облучения электронами и гамма-квантами на свойства структур КНИ.

Для исследования ловушек, присутствующих в скрытом окисле структур КНИ, структуры выдерживались под напряжением (напряженность электрического поля 2 - 5,5 МВ/см). В исходном термическом окисле, выращенном на подложках для изготовления структур КНИ, после выдержки в

электрическом поле накапливается положительный заряд величиной 8x10" - 1,2х1012 см"2. Причем, заряд не зависел от полярности внешнего напряжения. В случае структур КНИ накопление заряда в окисле при выдержке под напряжением не наблюдается. Таким образом, в скрытом окисле в процессе изготовления структуры КНИ были устранены ловушки для дырок, наблюдаемые в исходном ркисле. Мы предполагаем, что это связано с пассивацией ловушек водородом, присутствующим в высокой концентрации в окисле в процессе изготовления структур КНИ.

Выдержка структур КНИ под напряжением демонстрирует появление подвижного положительного заряда в скрытом окисле вблизи границы сращивания, которое, скорее всего, связано с остаточным водородом: При приложении положительного напряжения на отсеченный слой кремния наблюдалось перемещение этого заряда к подложке, при отрицательном напряжении положение центроида заряда не менялось. На рис.3 показано перемещение центроида заряда от центра окисла при нулевом напряжении к границе с подложкой при положительных напряжениях. При снятии напряжения заряд возвращается в исходное положение. Хотелось бы отметить еще один важный момент. Величина заряда в исходном окисле, использованном для изготовления структуры КНИ, составляла (0,1 - 2)х10" см"2. После изготовления структуры КНИ величина заряда возрастала до (3-5)х10и см"2. Аналогичный рост заряда на границе характерен для всех известных технологий изготовления структур КНИ.

Полученные данные показывают, что отсутствие накопления заряда в результате выдержки структурах КНИ под напряжением отличают их от МОП-структур с термически выращенным окислом и структур КНИ SIMOX и Smart Cut. Согласно литературным данным [7,8,9], накопление заряда при протекании тока через окисел наблюдается во всех структурах, кроме структур КНИ ИФП.

Далее в главе обсуждается накопление заряда в диэлектрике и генерация состояний на границах структур кремний-на-изоляторе при облучении электронами с энергией 2,5 МэВ и гамма-квантами с энергией 662 кэВ. Получено, что в обоих случаях наблюдаются одни и те же явления, поэтому ниже излагаются полученные результаты безотносительно к использованному типу излучения.

Данные, полученные после облучения структур КНИ и МДП электронами и гамма квантами, показывают, что основным эффектом является введение положительного заряда как в скрытом окисле КНИ, так и в окисле МОП-структур (рис.4). Это является типичным для термического окисла МДП - структур и структур КНИ. Самым важным отличием накопления заряда в структурах КНИ является выход количества накопленного заряда на насыщение при больших дозах облучения, по сравнению со структурами КНИ, полученными другими методами: Дня МДП-структур максимальный

заряд наблюдается уже после доз облучения 105 рад, в структурах КНИ ИФП — при дозах 3x106 -107 рад, а в других структурах КНИ — при дозах ~10б рад. Замедленное накопление заряда в структурах КНИ ИФП связано с пассивацией ловушек в процессе изготовления структур КНИ. В результате накопление заряда при облучении происходит в два этапа - депассивация ловушек и захват заряда на освобожденные ловушки.

1,4*10 -

1.2x10"'-1.0*!<Г-8,0*'0:' -

4:0х10:< -

0,0-

-о-О.^

у "

.»дао

3,0x10

4,0x10"-

о

е, ма'см

0,0

10

Рис.3. Зависимость величины зарядов на границах окисла <3шга и О^ь, »к суммы Ошт и центроида заряда X в скрытом окисле структуры КНИ от напряжения.

10 О, рад

107

Рпс.4. Зависимость заряда в окисле различных структур КНИ (заряд на границе окисел - подложка) и МОП от дозы гамма-квантов (в скобках приведена толщина слоя БЮг): 1 - КНИ (0,11 мкм); 2 - КНИ (0,36 мкм); 3-КНИ (0,40 мкм); 4 - МОП (0,36) мкм.

Очевидно, что в зависимости от знака встроенного поля в скрытом окисле накопление заряда будет идти в большей степени на одной из границ. Величина поля и его знак определяется типом и уровнями легирования отсеченного слоя кремния и подложки. Варьируя тип проводимости и уровень легирования пластин кремния, используемых для изготовления структур КНИ было показано (рис. 5), что разница между величинами заряда С>иь - (5гит выходит на насыщение при относительно низких значениях напряженности встроенного электрического поля Е ~ 5х103 В/см. Это означает, что небольшого значения напряженности электрического поля уже достаточно для разделения носителей заряда, и, следовательно, ловушки для дырок вводятся преимущественно вблизи границ раздела. Большая величина (З^ь- <3п!т для положительной напряженности поля говорит о том, что концентрация ловушек для дырок, генерируемых в окисле облучением, вблизи границы с подложкой выше, чем вблизи границы сращивания (отсеченный слой кремния/окисел). Это является важным преимуществом границы сращивания по сравнению с границей, созданной термическим окислением в структу-

pax КНИ, и дополнительным аргументом в пользу размещения границы сращивания вблизи рабочего слоя. Более высокая концентрация ловушек для дырок, генерируемых в окисле облучением, вблизи границы с подложкой по сравнению с концентрацией ловушек вблизи границы сращивания (отсеченный слой кремния/окисел), по-видимому, связана с наличием более протяженного переходного слоя на границе раздела, полученной термическим окислением.

о 4,0x10"

~-Е,

Падтежи»

■ электроны о у-кванты

1 2,0x10

а

J

-6,0x10* -4,0x10* -2,0x10*

-2,0x10 -

-4,0x10"

Пленка

. _F -Hv

Шдяома

2,0; Е,

Рис.5. Разница Сшь-С^ь между значениями заряда, накопленного после облучения дозой 3x10 рад на границах структур КНИ, в зависимости от напряженности встроенного электрического поля.

1,6x10" 1,4x10" 1,2x10" 1,0x10"-

ч

J 8,0x10" < 6,0x10"-4,0x10' 2,0x10"-0,0

-A- Unibond -«- Unibond Unibond -О- КНИ-1 р-л -А- КНИ-2 п-р -О- КНИ-4 п-п

10' 10' 10' Доза облучения, рад

Рис.6. Сравнение накопленного заряда в окислах структур КНИ Smart Cut и КНИ ИФП

проводимости и концентраций в отсеченном слое.

Влияние внутреннего электрического поля на накопление заряда можно использовать для повышения радиационной стойкости структур КНИ. Заряд на границе отсеченный слой кремния-окисел, накопленный при облучении, можно уменьшить путем выбора типа проводимости и уровня легирования подложки так, чтобы разделение носителей заряда привело к дрейфу дырок к подложке. Так, использование подложки р-типа проводимости с высоким уровнем легирования позволяет получать внутренние поля, приводящие к преимущественному накоплению заряда вблизи границы с подложкой практически для любых типов

На рис. 6. представлено сравнение количества накопленного заряда после воздействия различных видов радиации в структурах КНИ ИФП и структурах КИИ Unibond, изготовленных по технологии Smart Cut, взятых из разных публикаций. Видно, что по накоплению заряда в скрытом окисле структуры КНИ ИФП превосходят зарубежные аналоги из-за более медленного накопления заряда при облучении.

Основные результаты и выводы:

1. Показано, что отсеченный слой кремния содержит глубокие уровни: Ес-0,39эВи Ес-0,58эВ, в приповерхностном слое толщиной до 0,2 мкм, связанные с посшмплантационными дефектами. Остальная часть отсеченного слоя кремния толщиной 0, 3 мкм не содержит центров с глубокими уровнями.

2. Предложены способы исследования и анализа спектра состояний на границах структур КНИ, основанные на использовании метода зарядовой спектроскопии. Способы применены для сравнительного анализа границ в структурах КНИ, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения. Показано, что сравнение результатов, полученных разными способами, позволяет обнаруживать неоднородности в пространственном распределении состояний вдоль границы.

3. Обнаружено, что на границе сращивания плотность состояний с энергиями вблизи середины запрещенной зоны составляет менее 109 см"2эВ"', что на несколько порядков ниже, чем плотность состояний с энергиями 0,1 - 0,3 эВ. Показано, что состояния на границе сращивания неоднородно распределены вдоль границы и величина флуктуации состояний составляет (1,5 - 2)х10и см'2 на фоне общей плотности состояний на данной границе ~ (3 - 5)х10п см"2. На второй границе структур КНИ, созданной термическим окислением наблюдается обычное U-образное распределение состояний в запрещенной зоне.

4. Определены типичные значения заряда в окисле — (1 - 2)xlo'' см"2 и плотности поверхностных состояний на границе раздела отсеченный слой кремния/скрытый окисел — (3 -5)хЮ10 см"2. Исследование поведения заряда в скрытом окисле структур КНИ методом выдержки под напряжением показало отсутствие накопления положительного заряда в скрытом окисле структуры КНИ. Стабильность величины заряда связана с пассивацией ловушек в окисле водородом в процессе изготовления структур.

5. Установлено, что структуры КНИ ИФП обладают более высокой радиационной стойкостью по сравнению со структурами КНИ, изготовленными другими методами. Показано, что стойкость к воздействию радиации связана с низкой скоростью накопления заряда в окисле из-за пассивации ловушек в процессе изготовления структур КНИ. Еще один фактор, повышающий радиационную стойкость — примерно вдвое меньшая плотность ловушек, возникающих при облучении на гра-

нице сращивания, чем на термической границе. Заряд на границе сращивания, накопленный при облучении, можно дополнительно уменьшить путем выбора материала подложки с проводимостью р-типа, чтобы встроенное электрическое поле приводило к дрейфу дырок к подложке.

6. Проанализировано влияние высокой концентрации водорода при изготовлении струкгур КИИ на их свойства. Показано, что присутствие водорода приводит к пассивации ловушек на границе раздела, примесей и дефектов в отсеченном слое кремния и ловушек в скрытом окисле, несмотря на высокую температуру отжига — 1100 °С.

В целом получено, что структуры КНИ, изготовленные в ИФП СО РАН, не уступают или превосходят по своим характеристикам аналоги ведущих западных фирм.

Результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Антонова И. В. Состояния на границах и центры с глубокими уровнями в структурах кремний-на-изоляторе / И. В. Антонова, Й. Стано, Д. В. Николаев, О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. - 2001,- Т. 35(8). - С. 948-957.

2. AirroHOBa И. В. Трансформация при отжиге в водороде состояний на границах раздела структур кремний-на-изоляторе / И. В. Антонова, Й. Стано, Николаев Д.В., О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. - 2002. - Т. 36(1). - С. 65-69.

3. Николаев Д. В. Поведение заряда в скрытом диэлектрике структур кремний-на-изоляторе в электрических полях / Д. В. Николаев, И. В. Антонова, О. В. Наумова, В. П. Попов, С. А. Смагулова // ФТП. - 2002. - Т. 36(7). С.853-857.

4. Antonova I. V. Traps at bonded interface in silicon-on-insulator structures /1. V. Antonova, О. V. Naumova, J. Stano, D. V. Nikolaev, V. P. Popov, V. A. Skuratov // Appl. Phys. Lett. - 2001. -Vol. 79(27). -P. 4539-4540.

5. Antonova I. V Hydrogen-related phenomena in silicon-on-insulator fabricated by using H+ ion implantation /1. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, V. P. Popov // OADEST Solid State Phenomena. - 2002. - Vol. 82-84. - P. 491-496.

6. Николаев Д.В. Накопление заряда в диэлектрике и состояния на границах структур кремний-на-изоляторе при облучении электронами и гамма-квантами / Д. В. Николаев, И. В. Антонова, О. В. Наумова, В. П. Попов, С. А. Смагулова // ФТП. - 2003. - Т. 37(4). - С. 443-449.

7. Antonova I. V. Changes in the parameters of SOI structures under irradiation /1. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, S. A. Smagulova, V. P. Popov // Electrochemical Society Proceedings PV. -2003-05. Silicon-on-Insulator Technology and Devices XI, edited by Cristoloveanu S. - 2003. - P. 505510.

В. Антонова И. В. Флуктуации заряда на границе сращивания в структурах кремний на изоляторе / И. В. Антонова, В. А. Стучинский, О. В. Наумова, Д. В. Николаев, В. П. Попов // ФТП. - 2003. - Т. 37(11).-С.1341-1345.

9. Antonova I. V. Comparison of electrical properties of silicon-on-insulator structures fabricated with use of hydrogen slicing and BESOI /1. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, V. P. Popov // Electrochemical and Solid-State Letters. - 2004. - Vol. 7(3). - P. F21-F23.

10. И. В. Антонова, H. В. Дудченко, Д. В. Николаев, В. П. Попов. Патент РФ на изобретение № 2003136457/28 (2265255) «Способ получения структур кремний-на-изоляторе» от 16.12.03. Цитируемая литература:

1. Мильвидский М. Г. Полупроводниковый кремний на пороге XXI века // Материалы электронной техники. - 2000. - Вып. 1. - С. 4-14.

2. Colinge J. P. Silicon-on-insulator technology: past achievements and future prospects // MRS Bulletin. -1998.-Vol. 12.-P. 16-19.

3. Cristoloveanu S. Electrical Characterization of Silicon-On-Insulator Materials and Devices / S. Cristolo-veanu, S. S. Li // Kluwer Academic Publishers. - 1995.

4. Попов В. П. Свойства структур и приборов кремний-на-изоляторе / В. П. Попов, И. В. Антонова, А. А. Французов, Л. Н. Сафронов, Г.Н. Феофанов, О.В. Наумова, Д.В. Киланов // ФТП. - 2001. - Т. 35(8).-С. 1075-1083.

5. Popov V. P. Properties of extremely thin silicon layer in silicon-on-insulator structure formed by smartcut technology / V. P. Popov, I. V. Antonova, V. F. Stas, L. V. Mironova, A. K. Gutakovskii, E. V. Spe-sivtsev, A. A. Fransuzov, A. S. Mardegov, O.N. Feofanov // Materials Science & Engineering. - 2000. -B73. - P. 82-86.

6. Hofmann K. Process-induced interface and bulk states in MOS structures / K. Hofmann, M. Schulz // J. Electrochem. Soc. - 1985. - Vol. 132(9). - P. 2201-2208.

7. Nazarov A. N. Radio frequency plasma annealing of positive charge generated by Fowler-Nordheim electron injection in buried oxides in silicon / A. N. Nazarov, V. I. Kilchytska, I. P. Barchuk, A. S. Tka-chenko, S. Ashok// J. Vac. Sci. Techno!. - 2000. - Vol. B18 (3). - P. 1254-1261.

8. Ngwa C. S. Electron trapping studies in multiple- and single-implant SIMOX oxides / C. S. Ngwa, S. Hall // Semicond. Sci. Technol. -1994. - Vol. 9. - P. 1069-1079.

9. Mayo S. Breakdown mechanism in buried silicon oxide films / S. Mayo, J. S. Suehle, P. Roitman // J. Appl. Phys. - 1993. - Vol. 47(6). - P. 4113-4120.

Николаев Данил Валериевич

Электрофизические свойства структур кремний-иа-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Подписано в печать 06.05.2010. Заказ № . Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии Института катализа СО РАН 630090 Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 5

Система сокращений и условных обозначений

Введение

Глава 1. Структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) и граница Si-Si обзор литературы)

1.1. Методы получения структур кремний-на-изоляторе 9 1.1.1. Свойства структур кремний-на-изоляторе, полученных имплантацией кислорода (SIMOX) 11 1.1.2 Структуры кремний-на-изоляторе, полученные сращиванием пластин кремния

1.1.3. Структуры кремний-на-изоляторе КНИ ИФГ

1.2. Граница кремний-оксид кремния, полученная термическим окислением (структуры металл-диэлектрик-полупроводник)

1.2.1. Электронные состояния на границе Si-SiC>

1.2.2. Общая классификация локализованных электронных состояний

1.2.3. Строение и состав переходного слоя границы раздела Si-SiC>2

1.2.4. Точечные дефекты в переходном слое

1.3. Влияние электрического поля и радиации на структуры металл-диэлектрик-полупроводник и кремний-на-изоляторе

1.7. Выводы и постановка задачи

Глава 2. Методика эксперимента п обработка результатов

2.1. Вольт-фарадные характеристики структур кремний-на-изоляторе и определение их параметров

2.1.1. Емкость МОП-структуры

2.1.2. Определение параметров МДГ1 структур

2.2. Вольт-фарадные характеристики структур полупроводник-диэлектрик-полупроводник

2.3. Особенности определения параметров структур КНИ при емкостных измерениях

2.4. Измерение параметров центров с глубокими уровнями и состояний на границе Si-Si02 в структурах КНИ

2.4.1. Метод емкостной спектроскопии глубоких уровней

2.4.2. Зарядовая спектроскопия глубоких уровней

2.4.3. Методика определения спектра состояний на границе Si-Si02 структур КНИ 52'

2.5. Приготовление образцов, режимы облучения и термообработок

Глава 3. Электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границ раздела в структурах кремний-на-изоляторе

3.1. Центры с глубокими уровнями в отсеченном слое кремния структур КНИ

3.2. Энергетический спектр состояний на границах Si-SiC>2 структур КНИ

3.3. Определяющая роль водорода, присутствующего в процессе изготовления структур КНИ, па их параметры

3.4. HF-дефекты в отсеченном слое кремния структур КНИ и метод их устранения

3.5. Пассивация центров с глубокими уровнями и состояний на границах раздела структур КНИ при отжиге в водороде

3.6. Неоднородное распределение и природа состояний на границе сращивания

3.7. Суммарные электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границы раздела Si-Si02 структур КНИ

3.8. Выводы к главе

Глава 4. Ловушки в скрытом окисле и влияние радиации на структуры КНИ

4.1. Ловушки в скрытом диэлектрике структур КНИ (эффект поля)

4.2. Воздействие радиации на структуры КНИ

4.3. Оптимизация заряда в скрытом окисле структуры КНИ

4.4. Параметры скрытого диэлектрика структур КНИ 113 4.4. Выводы к главе 4 115 Основные результаты и выводы 116 Научная новизна работы 117 Практическая значимость работы 118 Положения, выносимые на защиту 118 Публикации по теме работы 119 Заключение 120 Список литературы

Система сокращений и условных обозначений в хронологическом порядке)

КНИ - кремний-на-изоляторе ИС - интегральная схема

SIMOX - Silicon IMplanted by Oxygen, технология получения структур КНИ путем имплантации кислорода в кремний и последующего высокотемпературного отжига Smart Cut - технология изготовления структур КНИ, использующая водородный перенос. ZMR (Zone Melting Recrystallization) - технология изготовления структур КНИ, использующая процесс рекристаллизации осажденных на окисленные кремниевые пластины поликремниевых пленок с помощью лазера или галогенной лампы.

FIPOS (Full Isolation by Porous Oxidized Silicon) технология изготовления структур КНИ, включающая в себя окисление слоя пористого кремния, превращающее его в стандартный термический окисел

ЕРО - Epitaxial Lateral Overgrowth - технология изготовления структур КНИ , связанная с эпитаксиальным выращиванием кремния из зерновых окон, которые открываются на окисленной кремниевой подложке.

BESOI (Bonded and Backside Etched SOI) - прямое сращивание (bonding) окисленных пластин кремния с последующим почти полным удалением одной из них шлифовкой и травлением.

ELTRAN (Epitaxial Layer TRANsfer by bonding and etch back of porous silicon) - сращивание окисленных пластин кремния, на одной из которых присутствует эпитаксиальный слой, выращенный на пористом кремнии; для утончения пластины КНИ (удаление слоя пористого кремния) используются полировка и химическое травление. ITOX — процесс дополнительного термического окисления структур КНИ SIMOX, проводимый для улучшения параметров скрытого слоя диэлектрика. Е'-центр —кислородная вакансия в матрице Si02 SIMS - Secondary Ion Mass Spectroscopy ВИМС - Вторичная ионная масс-спектроскопия ЭПР - Электронный парамагнитный резонанс

DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy - релаксационная спектроскопия глубоких уровней

Qf - фиксированный заряд в окисле Ои - заряд, захваченный поверхностными ловушками ВФХ (CV) - вольт-фарадная характеристика ОГО - область пространственного заряда

МДП-структура - структура металл-диэлектрик-полупроводник МОП-структура - структура металл-оксид-полупроводник Е - энергия имплантации примеси, кэВ D - доза имплантации примеси, см" n*-Si - n-тип проводимости слоя кремния, полученный в результате введения доноров в материал р-типа во время изготовления структуры КНИ Vg~ постоянное напряжение смещения

Vg~ переменное напряжение, прикладываемое к структуре КНИ Сох - емкость окисла е, - диэлектрическая проницаемость изолятора es - диэлектрическая проницаемость полупроводника dox - толщина окисла

Ld — дебаевская длина

W— толщина обедненного слоя y/s - поверхностный потенциал

VfB - напряжение плоских зон

Cfb - емкость плоских зон

Na —концентрация ионизированных акцепторов q - заряд электрона Т - температура, К

GV - измерение комплексной составляющей проводимости ГУ - глубокий уровень

Q-DLTS - метод зарядовой спектроскопии глубоких уровней Qit — заряд на поверхностных состояниях, см"2 Qot— заряд, захваченный в окисле Qm- заряд подвижных ионов

Д,- энергетическая плотность заряда на поверхностных состояниях, см 2эЕГ' Cs - эквивалентная емкость эквивалентное сопротивление Со - емкость обедненного слоя полупроводника N - концентрация глубоких уровней Ее - нижний край зоны проводимости Еу - верхний край валентной зона

Еу - энергетический уровень центра в запрещенной зоне а„ - сечение захвата для электронов tтр - сечение захвата для дырок АЕ - величина изменения электрического поля AQ - величина изменения заряда S - амплитуда спектра DLTS х- характерное время выброса носителей с глубокого уровня еп- скорость выброса носителей с глубокого уровня Nd - концентрация мелкой примеси h - толщина слоя объемного заряда при обратном смещении щ,

WihW2- толщины слоя объемного заряда до точки пересечения ГУ с уровнем Ферми для обратного смещения Uq и для U во время заполняющего импульса.

Uо - обратное смещение

U - напряжение заполняющего импульса

А: - постоянная Больцмана

Nc - плотность состояний в зоне проводимости

В АХ — вольт-амперная характеристика

Cmin - минимальная емкость

W12- контактная разность потенциалов между отсеченным слоем кремния и подложкой

Qs - заряд в полупроводнике dmax - максимальная толщина ОПЗ

Cz-Si — кремний, выращенный методом Чохральского

FZ-Si - кремний, выращенный методом зонной плавки

Nlt - плотность состояний на границе Si-SiCb

Рь-цептр - трехкоординированный атом кремния с несвязанной электронной орбиталью

Qsub - заряд, приведенный к границе раздела окисел-подложка

Qfiim — заряд, приведенный к границе отсеченный слой кремния-окисел

X - центроид заряда в окисле

Е - напряженность поля

Qacc~ накопленный заряд в окисле tmj - время инжекции носителей заряда

QWJ ~ заряд в окисле после инжекции

Qo - исходный заряд в окисле

Q - суммарный фиксированный заряд в окисле. фк - контактный потенциал

Структуры «кремний-на-изоляторе» (КНИ) заняли прочное место в мире микроэлектроники. Традиционная кремниевая микроэлектроника приближается к пределу миниатюризации, а новые технологии требуют еще большей плотности упаковки элементов, более высокого быстродействия и т.д. Структуры КНИ позволяют решить ряд проблем, связанных с уменьшением топологических размеров и одновременным сохранением технологий кремниевой микроэлектроники, главным отличием которых в случае КНИ является изготовление приборов не в объемном кремнии, а в тонком слое хмонокристаллического кремния. Это продиктовано, в первую очередь, такими преимуществами этих структур, как возможность существенного снижения паразитных емкостей, обеспечение надежной диэлектрической изоляции приборов в интегральных схемах (ИС), сравнительная простота управления токовыми режимами, возможность снижения рабочих напряжений и мощностей [1-5]. Первоначально использование кремния на диэлектрике было ориентировано на изготовление приборов, способных работать в экстремальных условиях (высокая температура и воздействие ионизирующего излучения), и обеспечивающих разработку электронной аппаратуры для аэрокосмической, атомной и оборонной промышленности. Однако наибольший интерес в последнее время вызывают перспективы применения этих структур для изготовления низковольтных и высокочастотных ИС с малой потребляемой мощностью, широко используемых в портативной электронной аппаратуре (мобильные телефоны, карманные компьютеры и т.п.). Для создания таких ИС необходимы структуры, в которых как тонкий рабочий слой монокристаллического кремния, так и диэлектрический слой были бы практически бездефектны и не напряжены, имели одинаковую толщину по всей площади структуры, а граница раздела между ними обладала низкой плотностью поверхностных состояний [1].

Из многообразия способов изготовления таких структур в промышленных масштабах используются всего два - SIM OX (Silicon IMplanted by OXygen) [3] и Smart Cut [4]. В обоих способах основным процессом при изготовлении является имплантация, в первом случае ионов кислорода, во втором — водорода. В первом случае имплантация используется для создания скрытого окисла, во втором — для отщепления тонкого слоя монокристаллического кремния после переноса на термический окисел. Как известно, имплантация вводит множество дефектов, часть которых можно устранить при помощи термообработок. Эти дефекты оказывают существенное влияние на электрофизические свойства кремния и его окисла, особенно на границах раздела. Процесс сращивания окисленных пластин кремния также вносит определенные изменения в свойства полученных структур, на которые также следует обра7 тить внимание при изготовлении приборных структур. Таким образом, в итоге мы получаем структуры, свойства которых не в полной мере изучены. Исторически сложилось так, что структурам SIMOX посвящено огромное множество работ, в которых обсуждались практически все аспекты его получения и использования. В то же время количество работ по структурам КНИ, полученным методом прямого сращивания, растет не так быстро, и многие вопросы остаются открытыми.

В Институте физики полупроводников Сибирского Отделения Российской Академии Наук им. А.В. Ржанова разработан еще один способ изготовления структур КНИ, использующий процесс имплантации водорода [6]. Отличие данного способа получения структур КНИ от технологии Smart Cut заключается в том, что имплантация водорода производится через защитный слой окисла, который после этого убирается, а будущий скрытый диэлектрик (buried oxide) выращивается на подложке, и границей сращивания является граница отсеченный слой кремния/окисел. В технологии Smart Cut облученный окисел используется как будущий скрытый диэлектрик. В итоге получена новая структура КНИ, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с оригинальной технологией - Smart Cut.

Исследованию электрических свойств данной структуры КНИ и посвящена настоящая работа.

Основные результаты и выводы

1. Показано, что отсеченный слой кремния содержит глубокие уровни: Ес-0,39 эВ и Ес-0,58 эВ, в приповерхностном слое толщиной до 0,2 мкм, связанные с постимплантационными дефектами. Остальная часть отсеченного слоя кремния толщиной 0, 3 мкм не содержит центров с глубокими уровнями.

2. Предложены способы исследования и анализа спектра состояний на границах структур КНИ, основанные на использовании метода зарядовой спектроскопии. Способы применены для сравнительного анализа границ в структурах КНИ, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения. Показано, что сравнение результатов, полученных разными способами, позволяет обнаруживать неоднородности в пространственном распределении состояний вдоль границы.

3. Обнаружено, что на границе сращивания плотность состояний с энергиями вблизи q ''I середины запрещенной зоны составляет менее 10 см'~эВ" , что на несколько порядков ниже, чем плотность состояний с энергиями 0,1 - 0,3 эВ. Показано, что состояния на границе сращивания неоднородно распределены вдоль границы и величина флуктуации

11 О состояний составляет (1,5 - 2)х10 см"~ на фоне общей плотности состояний на данной

11 2 границе ~ (3 - 5)х10 см" . На второй границе структур КНИ, созданной термическим окислением наблюдается обычное U-образное распределение состояний в запрещенной зоне.

11 ^

4. Определены типичные значения заряда в окисле — (1 — 2)х10 см" и плотности поверхностных состояний на границе раздела отсеченный слой кремния/скрытый окисел — (3 -5)х10ш см"2. Исследование поведения заряда в скрытом окисле структур КНИ методом выдержки под напряжением показало отсутствие накопления положительного заряда в скрытом окисле структуры КНИ. Стабильность величины заряда связана с пассивацией ловушек в окисле водородом в процессе изготовления структур.

5. Установлено, что структуры КНИ ИФП обладают более высокой радиационной стойкостью по сравнению со структурами КНИ, изготовленных другими методами. Показано, что стойкость к воздействию радиации связана с низкой скоростью накопления заряда в окисле из-за пассивации ловушек в процессе изготовления структур КНИ. Еще один фактор, повышающий радиационную стойкость - более низкая плотность ловушек (в ~2 раза), возникающих при облучении на границе сращивания, чем на термической границе. Заряд на границе сращивания, накопленный при облучении, можно дополнительно уменьшить путем выбора материала подложки с проводимостью р-типа, чтобы встроенное электрическое поле приводило к дрейфу дырок к подложке.

6. Проанализировано влияние высокой концентрации водорода при изготовлении структур КНИ на их свойства. Показано, что присутствие водорода приводит к пассивации ловушек на границе раздела, примесей и дефектов в отсеченном слое кремния и ловушек в скрытом окисле, несмотря на высокую температуру отжига - 1100 °С. В целом получено, что наши структуры КНИ не уступают или превосходят по своим характеристикам аналоги ведущих западных фирм.

Научная новизна работы

1. Определены основные электрофизические параметры структур КНИ, изготовленных по технологии, разработанной в Институте физики полупроводников, а именно: концентрации, энергии и пространственное распределение центров с глубокими уровнями в отсеченном слое структур, плотность и распределение по энергиям состояний на границах раздела Si-Si02, величина заряда в диэлектрике, пробивные напряжения и др. Показано, что данные параметры соответствуют, а по отдельным позициям превосходят параметры КНИ, изготовленных другими известными методами.

2. В работе определен энергетический спектр ловушек на границе Si-Si02 структур КНИ, изготовленных по технологии сращивания кремниевой пластины с окисленной подложкой и продемонстрировано отличие этого спектра от спектра для границы Si-Si02, созданной термическим окислением. Различие заключается в формировании других дефектов на границе сращивания, следствием чего являются относительно узкий энергетический спектр состояний, необычная трансформация спектра при отжиге в атмосфере водорода и неоднородное распределение плотности состояний по поверхности.

3. Обнаружено, что структуры КНИ обладают более высокой радиационной стойкостью по сравнению со структурами КНИ, изготовленными другими методами (SIMOX, Smart Cut и BESOI). Показано, что высокая радиационная стойкость связана с полной пассивацией ловушек в скрытом окисле водородом в процессе изготовления структур КНИ, и, как следствие, в замедленном накоплении заряда при облучении.

4. Показано, что благодаря пассивации водородом электрически активных примесей и дефектов в отсеченном слое кремния и на границе сращивания Si-Si02, структуры КНИ имеют электрофизические характеристики, не уступающие характеристикам структур КНИ, изготовленных другими методами.

Практическая значимость работы

1. Определены основные электрофизические параметры структур КНИ - плотность состояний на границах раздела, заряд в скрытом окисле, напряжение пробоя, параметры глубоких уровней в отсеченном слое кремния, плотность HF-дефектов. Показано, что пластины обладают параметрами, позволяющими создавать приборы и схемы, не уступающих по своим характеристикам аналогам ведущих западных фирм.

2. Разработан способ снижения плотности HF-дефектов в отсеченном слое структур КНИ с помощью проведения дополнительного отжига в атмосфере азота при изготовлении структур КНИ.

3. Совокупность проведенных работ показывает, что расположение границы сращивания в непосредственной близости от рабочего слоя кремния (между отсеченным слоем кремния и диэлектриком) структур КНИ дает ряд преимуществ данным структурам по сравнению со структурами, изготовленными другим способами. Высокое качество слоев вблизи границы сращивания обеспечивается пассивацией примесей и дефектов остаточным водородом.

4. Продемонстрирована высокая радиационная стойкость структур КНИ. Выработаны рекомендации по уменьшению влияния радиационного воздействия на структуры КНИ путем выбора типа проводимости и уровня легирования подложки.

Положения, выносимыс на защи ту

1. Размещение границы Si-Si02, созданной сращиванием, в непосредственной близости от отсеченного слоя кремния (рабочей области) КНИ, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения, обеспечивает более высокие параметры данных структур.

2. Набор и концентрация электрически активных центров в отсеченном слое кремния, плотность состояний на гетерограницах, заряд и количество ловушек в окисле определяются водородом, вводимым в процессе изготовления структур КНИ, несмотря на высокую температуру отжига (1100 °С).

3. Меньшая плотность ловушек в скрытом диэлектрике вблизи границы сращивания Si-Si02 в сочетании с их пассивацией при изготовлении структур КНИ обеспечивает более высокую радиационную стойкость к воздействию ионизирующего излучения по сравнению со структурами КНИ, изготовленными другими способами.

Публикации по теме работы

1. Антонова И. В. Состояния на границах и центры с глубокими уровнями в структурах кремний-на-изоляторе / И. В. Антонова, Й. Стано, Д. В. Николаев, О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. - 2001,- Т. 35(8). - С. 948-957.

2. Антонова И. В. Трансформация при отжиге в водороде состояний на границах раздела структур кремний-на-изоляторе / И. В. Антонова, Й. Стано, Николаев Д.В., О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. - 2002. - Т. 36(1). - С. 65-69.

3. Николаев Д. В. Поведение заряда в скрытом диэлектрике структур кремний-на-изоляторе в электрических полях / Д. В. Николаев, И. В. Антонова, О. В. Наумова, В. П. Попов, С. А. Смагулова// ФТП. - 2002. - Т. 36(7). С.853-857.

4. Antonova I. V. Traps at bonded interface in silicon-on-insulator structures /1. V. Antonova, O. V. Naumova, J. Stano, D. V. Nikolaev, V. P. Popov, V. A. Skuratov // Appl. Phys. Lett. - 2001. -Vol. 79(27). - P. 4539-4540.

5. Antonova I. V Hydrogen-related phenomena in silicon-on-insulator fabricated by using H+ ion implantation /1. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, V. P. Popov // GADEST Solid State Phenomena. - 2002. - Vol. 82-84. - P. 491-496.

6. Николаев Д.В. Накопление заряда в диэлектрике и состояния на границах структур кремний-на-изоляторе при облучении электронами и гамма-квантами / Д. В. Николаев, И. В. Антонова, О. В. Наумова, В. П. Попов, С. А. Смагулова // ФТП. - 2003. - Т. 37(4). - С. 443-449.

7. Antonova I. V. Changes in the parameters of SOI structures under irradiation / I. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, S. A. Smagulova, V. P. Popov // Electrochemical Society Proceedings PV. - 2003-05. Silicon-on-Insulator Technology and Devices XI, edited by Cristoloveanu S. - 2003. - P. 505-510.

8. Антонова И. В. Флуктуации заряда на границе сращивания в структурах кремний на изоляторе / И. В. Антонова, В. А. Стучинский, О. В. Наумова, Д. В. Николаев, В. П. Попов // ФТП. - 2003. - Т. 37(11). - С.1341-1345.

9. Antonova I. V. Comparison of electrical properties of silicon-on-insulator structures fabricated with use of hydrogen slicing and BESOI /1. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V. Naumova, V. P. Popov // Electrochemical and Solid-State Letters. - 2004. - Vol. 7(3). - P. F21-F23.

Заключение

В заключение автор выражает глубокую признательность научному руководителю, доктору физико-математических наук И. В. Антоновой за постановку задачи, постоянную поддержку и интерес к работе, за неоценимую помощь в интерпретации экспериментальных результатов и проведении расчетов. Особую благодарность автор выражает к.ф.м.н. С. А. Смагуловой и к.ф.м.н. Е. П. Неустроеву за полезные замечания, организационную и финансовую помощь в течение всей работы.

Автор благодарит с.н.с., к.ф.м.н. О. В. Наумову, зав. лаб., д.ф.м.н. В. П. Попова за полезные дискуссии, Н. В. Дудченко, Б. И. Фомина за помощь в подготовке образцов, всех сотрудников лаборатории физических основ материаловедения кремния ИФП СО РАН, принимавших участие в обсуждении работы на разных ее этапах и постоянную поддержку и внимание.

1. Мильвидский М. Г. Полупроводниковый кремний на пороге XXI века // Материалы электронной техники. 2000. - Вып. 1. - С. 4-14.

2. Laplanchc Y. Analyze of Temporal and Random Variability of a 45nm SOI SRAM Cell // 2009 IEEE International SOI Conference. Foster, CA, USA. - 5-8 October, 2009.

3. Colinge J. P. Silicon-on-insulator technology: past achievements and future prospects // MRS Bulletin. 1998. - Vol. 12. - P. 16-19.

4. Bruel M. Silicon on insulator material technology // Electron. Lett. 1995. - Vol. 31(14). - P. 1201-1202.

5. Cristoloveanu S. Electrical Characterization of Silicon-On-Insulator Materials and Devices / S. Cristoloveanu, S. S. Li // Kluwer Academic Publishers. 1995.

6. Попов В. П. Патент РФ на изобретение № 99120527/28 (021735) «Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе» от 28.09.99. / В. П.Попов, И. В. Антонова, JI. В. Миронова, В. Ф. Стась.

7. Tsao S. S. Porous silicon techniques for SOI structures // IEEE Circuits Devices. 1987. P. 3.

8. Bomchil G. Porous silicon: the material and its applications to SOI technologies / G. Bomchil, A. Halimaoui, R. Herino // MicroeLectron. Eng. 1988. - Vol.8. - P. 293.

9. Krause S. Evolution and future trends of SIMOX material / S. Krause, M. Anc, P. Roitman // MRS Bulletin. 1998. - Vol. 12. - P. 25-29.

10. Lasky J. B. Silicon-On-Insulator by Bonding and Etch-Back / J. B. Lasky, S. R. Stiffler, F. R. White, F.R. Abernathey // IEDM Tech. Digest. 1985 - P. 684-687.

11. Yonehara T. Epitaxial Layer Transfer by Bond and Etch back of Porous Si / T. Yonehara, K. Sakaguchi, N. Sato // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 64(16). - P. 2108-2110.

12. Li Y. A. Surface Roughness of Hydrogen Ion Cut Low Temperature Bonded Thin Film Layers / Y. A. Li, R. W. Bower // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. - Vol.39. - P. 275-276.

13. Hemment P. L. F. The SOI Odyssey // SOI Technology and Devices XI Proc. Int. Symp. -2003.-Vol. 5.-P. 3.

14. AncM.J. // Ion Implantation Science and Technology / edited by J.F.Ziegler. Edgewater, Maryland, U.S.A. - 2000. - ISBN 0965420701. - P. 687.

15. Izumi K. History of SIMOX material //MRS Bulletin. 1998. - Vol. 12. - P. 20-24.

16. Takahashi M. Characterization of the interface between the top Si and buried oxide in separation by oxygen wafers / M. Takahashi, S. Nakasima, J. Kodote, T. Ohno // Jap. J. Appl. Phys. 2001. - Vol. 40. - P. 5211.

17. Brady F. Т. A study of the effects of processing on the response of implanted buried oxides to total dose irradiation / F. T. Brady, S. S. Li, W. A. Krull // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. -Vol. 37(6). - P. 1995-2000.

18. Nazarov A. N. Problems of radiation hardness of SOI structures and devices // Physical and Technical Problems of SOI stiuctures and Devices / edited by J. P. Colinge Kluwer Academic Publishers. - 1995. - P. 217-239.

19. AnnamalaiN. K. A comparison of buried oxide characteristics of single and multiple implant SIMOX and bond and etch back wafers / N. K. Annamalai, J. F. Bockman, N. E. McGruer, J. Chapski // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. - Vol. 37(6). - P. 2001-2007.

20. Ngwa C. S. Electron trapping studies in multiple- and single-implant SIMOX oxides / C. S. Ngwa, S. Hall // Semicond. Sci. Technol. 1994. - Vol. 9. - P. 1069-1079.

21. Brady F. T. Total dose radiation effects for implanted buried oxides / F. T. Brady, W. A. Krull, S. S. Li // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1989. - Vol. 36. - P. 2187-2191.

22. Lawrence R. K. Radiation sensitivity of buried oxides / R. K. Lawrence, H. L. Hughes, R. E. Stanbush // J. Electron. Materials. 1990. - Vol. 19. - P. 665-670.

23. Boesch H. E. Charge buildup at high dose and low fields in SIMOX buried oxides / H. E. Boesch, T. L. Taylor, G. A. Brown // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1991. - Vol. 38. - P. 12341239.

24. Revesg A. G. Properties of buried Si02 films in SIMOX structures / A. G. Revesg, G. A. Brown, H. L. Hughes // Mat. Research Soc. Symp. Proceedings. 1993. Vol. 264. - P. 255265.

25. Conley J. F. Electron spin resonance study of E' trapping centers in SIMOX buried oxides / J. F. Conley, P. M. Lenahan, P. Roitman // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1991. - Vol. 38. - P. 1247-1252.

26. Zvanut M. E. SIMOX with epitaxial silicon: point defects and positive charge / M. E. Zvanut, R. E. Stanbush, W. E. Carlos, H. L. Hughes, R. K. Lawrence, G. A. Brown // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1991. - Vol. 38. - P. 1253-1258.

27. Maszara W. P. Bonding of silicon wafers for silicon-on insulator / W. P. Maszara, G. Goetz, A. Caviglia, J.B. McKitterick//J. Appl. Phys. 1998. - Vol. 64(10). - P. 4943-4950.

28. Feijoo D. Multiple internal reflection infrared absorption analysis of bonded silicon wafers / D. Feijoo, Y.J. Chabal, S. B. Christman // IEEE International Conference Proc. 1994. - P. 89-90.

29. Warren W. L. Paramagnetic defect centers in BESOI and SIMOX buried oxides / W. L. Warren, M. R. Shaneyfelt, J. R. Schwank, D. M. Fleetwood, P. S. Winokur // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1993. - Vol. 40. - P. 1755-1764.

30. Попов В. П. Свойства структур и приборов кремний-на-изоляторе / В. П. Попов, И. В. Антонова, А. А. Французов, Л. Н. Сафронов, Г.Н. Феофанов, О.В. Наумова, Д.В. Киланов // ФТП. 2001. - Т. 35(8). - С. 1075-1083.

31. Antonova I. V. Characterization of the silicon-on-insulator structures by high-resolution x-ray diffraction / I. V. Antonova, V. P. Popov, J. Bak-Misiuk, J. Z. Domagala // J. Electrochem. Soc. 2002. - Vol. 149(8). - P. G490-G493.

32. Chediak A. SIMOX The "Winner" for 300 mm SOI Wafer Fabrication / A. Chediak, K. Scott, P. Zhang // TICS 5, Prof. Sands, 2002. - April 26. - MSE Vol. 225.

33. Hovel H. Status of 300 mm SOI material: comparisons with 200 mm / H. Hovel, M. Almonte, P. Tsai, J.D. Lee, S. Maurer, R. Kleinhenz D. , Schepis R. , Murphy, P. Ronstein,

34. A. Domenicucci, J. Bettinger, D. Sadana // 11th International SOI Device Technologies Symposium. 203rd ECS Meeting. - Paris, France. - 2003.

35. Зи С. M. Физика полупроводниковых приборов // М.: Мир. 1984.

36. Shockley W. Modulation of conductance of thin films of semiconductors by surface charges / W. Shockley, G. L. Pearson // Phys. Rev. 1948. - Vol.74. - P. 232.

37. Вавилов В. С. Дефекты в кремнии и на его поверхности / В. С. Вавилов, В. Ф. Киселев, Б. Н. Мукашев // М.: Наука. 1990.

38. Johnson N. М. Characteristic electronic defects at the Si-Si02 interface / N. M. Johnson, D. K. Biegelsen, M. D. Moyer, and S. T. Chang // Appl. Phys. Lett. 1983,- Vol. 43. - P. 563.

39. Poindexter E. H. Electronic traps and Рь centers at the Si/Si02 interlace: Band-gap energy distribution / E. H. Poindexter, G. J. Gerardi, M. E. Rueckel, P. J. Caplan // J. Appl. Phys.-1984. - Vol. 56. - P. 2844.

40. Halm P.O. Dependence of interface state density on the atomic roughness at the Si-Si02 interface / P.O. Hahn, S. Yokohama, M. Henzler // Surface Sci. 1984. -Vol. 142. P. 545.

41. Yamashita Y. Dependence of interface states in the band gap on oxide atomic density and interfacial roughness / Y. Yamashita, A. Asano, Y. Nishioka, H. Kobayashi // Phys. Rev.B. -1999.-Vol. 59.-P. 15872.

42. O'Sullivan B. J. Si(100)-Si02 interface properties following rapid thermal processing / B. J. O'Sullivan, P. K. Hurtey, C. Leveugle, J. H. Das // J. Appl. Phys. 2001. - Vol. 89. - P. 3811.

43. Johnson N. M. Characteristic electronic defects at the Si-Si02 interface / N. M. Johnson, D. K. Biegelsen, M. D. Moyer, S. T. Chang, E. H. Poindexter, P. J. Caplan // Appl. Phys. Lett. -1983.-Vol. 43.-P. 563.

44. Nishi Y. Study of silicon-silicon dioxide structure by electron spin resonance // Jap. J. Appl. Phys. 1971. - Vol. 10(1). - P. 56-62.

45. Д. И. Кропман, JI. E. Пири // Поверхность. Физика, химия, механика. 1984. - Вып .1. -С. 84-90.

46. Е. Н. Poindexter, P. J. Caplan, in Insulating Films on Semiconductors // Proc. 2nd Intern. Conf. Erlangen, FRG. Edited by M. Shulz, G Pensl. Berlin, Springer-VerJag. 1981. - P. 150.

47. Poindexter E. H. Interface States and Electron Spin Resonance Centers in Thermally Oxidized (111) and (100) Silicon Wafers / E. H. Poindexter, P.J. Caplan, B.F. Deal, R.R. Razouk // J. Appl. Phys. 1981. - Vol. 52(2). - P. 879-887.

48. Stesmans A. X and К band ESR study of the Рь interface centers in thermally oxidized p-type (001) Si wafers at low temperatures and influence of medium-dose As+ ion implantation / A.

49. Stesmans, J. Braet, J. Witters, R. E. Dekeermaecker // Surface Sci. 1984. - Vol. 141(1). - p. 255-284.

50. И. П. Лисовский, P. О. Литвинов, В. Г. Литовченко // Поверхность. Физика, химия, механика. 1986. - Вып. 1. - С. 69-75.

51. Lenzlinger М. Fowler-Nordheim tunneling into thermally grown SiC^/ M. Lenzlinger, E. H. Snow//J. Appl. Phys. 1969. - Vol. 40(1). - P. 278-283.

52. Fischetti M. V. Generation of positive charge in silicon dioxide during avalanche and tunnel electron injection//J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 57(8). - P. 2860-2879.

53. Lu Y. Two pathways of positive oxide-charge buildup during electron tunneling into silicon dioxide film / Y. Lu, С. T. Sah // J. Appl. Phys. 1994. - Vol. 76(8). - P. 4724-4727.

54. DiMaria D. J. Anode hole injection and trapping in silicon dioxide / D. J. DiMaria, E. Cartier, D. A. Buchanan // J. Appl. Phys. 1996. - Vol. 80(1). - P. 304-317.

55. Kobayashi K. Origin of positive charge generated in thin Si02 films during high-field electrical stress / K. Kobayashi, A. Teramoto, H. Miyoshi // IEEE Trans. Electron Devices. -1999. Vol. 46(5). - P. 947-953.

56. Fishetti M. V. Model for the generation of positive charge at the Si-Si02 // Phys. Rev. B. -1985. Vol. 31(4). - P. 2099-2113.

57. Mayo S. Breakdown mechanism in buried silicon oxide films / S. Mayo, J. S. Suehle, P. Roitman//J. Appl. Phys. 1993. - Vol. 47(6). - P. 4113-4120.

58. Nicollian E. H. MOS Physics and Technology / E. H. Nicollian, J. R. Brews // John Wiley & Sons. - 1982.

59. Watanabe K. Radiation effects of double layer films / K. Watanabe, M. Kato, T. Okabe, N. Nagata// IEEE Trans. Nucl. Sci. 1986. - Vol. 33. - P. 1216-1222.

60. Colinge J. P. Silicon-On-Insulator technology: Materials to VLSI. Kluwer Academic Publishers, т 1997. - P. 223.

61. Izumi K. C.M.O.S. devices fabricated on buried Si02 layers formed by oxygen implantation into silicon / K. Izumi, M. Doken, H. Ariyoshi // Electron. Lett. 1978. - Vol. 14(18). - P. 593.

62. Boesch H. E. Jr. Time-dependent hole and electron trapping effects in SIMOX buried oxides / H. E. Boesch, Jr, T. L. Taylor, L. R. Hite, W. E. Bailey // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. -Vol. 37 (6). - P. 1982-1989.

63. A. G. Revesz, H. L. Hughes // Physical and Technical Problems of SOI Structures and Devices. Edited by J. P. Colinge et al. Kluwer Academic Publishers. - 1995. - P. 133-156.

64. Stahlbush R. E. Electron and hole trapping in irradiated SIMOX, ZMR and BESOI buried oxides / R. E. Stahlbush, G. J. Campisi, J. B. McKitterick, W. Maszara, P. Roitman, G. A. Brown // IEEE Trans Nucl. Sci. 1992. - Vol. 39(6). - P. 2086-2097.

65. Гуртов В. А. Сборник задач по физике поверхности полупроводников. Петрозаводск. -1985

66. Allen F. G. Work Function, Photoelectric Threshold and Surface States of Atomically Clean Silicon / F. G. Allen, G. W. Gobeli // Phys. Rev. 1962. - Vol. 127. - P. 150.

67. Nicollian E. H. MOS Conductance Technique for Measuring Surface State Parameters / E. H. Nicollian, A. Goetzberger // Appl. Phys. Lett. 1965. - Vol. 7. - P. 216.

68. Nagai K. Capacitance-voltage characteristics of semiconductor-insulator-semiconductor (SIS) structure / K. Nagai, T. Sekigawa, У. Hayashi // Solid-State Electronics. 1985. - Vol. 28(8). - P. 789-798.

69. Стась В. Ф. Электрофизические и структурные свойства тонких отсеченных слоев кремния в структурах кремний-на-изоляторе / В. Ф. Стась, Я. Бак-Мисюк, В. И. Ободников, Е. В. Спесивцев, В. П. Попов // Известия АН. 2003. - Т. 67(2). - С. 175178.

70. Lang V. D. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Phys. 1974. - Vol. 45(7). - P. 3023-3032.

71. Farmer J. W. Charge transient spectroscopy / J. W. Farmer, C. D. Lamp, J. M. Meese // Appl. Phys. Lett. 1982.-Vol. 41(11).-P. 1063-1065.

72. Hofmann K. Process-induced interface and bulk states in MOS structures / K. Hofmann, M. Schulz // J. Electrochem. Soc. 1985. - Vol. 132(9). - P. 2201-2208.

73. Li У. A. Surface roughness of hydrogen ion cut low temperature bonded thin film layers / Y. A. Li, R. W. Bower // Jap. J. Appl. Phys. 2000. - Vol. 39(1). - P. 275-276.

74. Lasky J. В. Silicon-on-insulator (SOI) by bonding and etch-back / J. B. Lasky, S. R. Stiffler, F. R. White F. R., Abernathery // IEEE IEDM Tech.Digest. 1985. - P. 684-687.

75. Bruel M. History, Physics, and Applications of the Smart Cut Process // MRS Bulletin. -1998. Vol. 12. - P. 35.

76. Astrova E. V. Identification of process induced defects in silicon power devices / E. V. Astrova, V. A. Kozlov, A. A. Lebedev, V. B. Voronkov // Solid State Phenomena. 1999. -Vol. 69-70. - P. 539.

77. Антонова И. В. Состояния на границах и центры с глубокими уровнями в структурах кремний-на-изоляторе / И. В. Антонова, Й. Стано, Д. В. Николаев, О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. 2001. - Т. 35(8). - С. 948-953.

78. Kimerling L. С. // Point and extended defects in semiconductors. Edited by Benedek G., Cavallini A., Schroter W. 1988. - NATO ASI Series. - New York. - Vol. 202(1).

79. Антонова И. В. Формирование электрически активных центров за областью торможения ионов при высокотемпературной имплантации в кремний / И. В. Антонова, Г. А. Качурин, И. Е. Тысченко, С. С. Шаймеев // ФТП. 1996. - Т. 30(11). -С. 2017-2024.

80. Kang H.S. Method for measuring deep levels in thin silicon-on-insulator layer without any interface effects / H.S. Kang, C.G. Ahn, B.K. Kang, Y. K. Kwon // J. Electrochem. Soc. -1998. Vol. 145(10). - P. 3581-3585.

81. Лебедев А. А. Исследование плотности глубоких центров в катодно-распыленных пленках Si02 в зависимости от степени окисления кремния / А. А. Лебедев, В. Экке // ФТП. 1985. - Т. 19(6). - С. 1087-1092.

82. Antonova I. V. Comparison of electrical properties of silicon-on-insulator structures fabricated with use of hydrogen slicing and BESOI / I. V. Antonova, D. V. Nikolaev, О. V.

83. Naumova, V. P. Popov // Electrochem. and Solid-State Letters. 2004. - Vol. 7(3). - P. F21-F23.

84. Stesmans A. Thermally induced interface degradation in (111) Si/SiC>2 traced by electron spin resonance / A. Stesmans, V. V. Afanas'ev // Phys. Rev. B. 1996 - Vol. 54(16) — P. R11129-R11132.

85. Afanas'ev V. V Positive charging of the thermal Si02/(100)Si interface by hydrogen annealing / V. V. Afanas'ev, A. Stesmans // Appl. Phys. Lett. 1998 - Vol. 72(1) - P. 79-81 (1998)

86. Антонова И. В., Дудченко Н. В., Николаев Д. В., Попов В. П. Патент РФ на изобретение № 2003136457/28 (2265255) «Способ получения структур кремний-на-изоляторе» от 16.12.03.

87. Антонова И. В. Трансформация при отжиге в водороде состояний на границах раздела КНИ,структур / И. В. Антонова, Й. Стано, Д. В. Николаев, О. В. Наумова, В. П. Попов, В. А. Скуратов // ФТП. 2002. - Т. 36(1). - С. 65-69.

88. Gray P. V. The silicon-silicon dioxide system // Proc. of the IEEE. 1969. - Vol. 57(9). - P. 1543-1551.

89. Brews J. R. Rapid interface parameterization using a single MOS conductance curve // Solid State Electronics. 1983. - Vol. 26(8). - P. 711-716.

90. Антонова И. В. Флуктуации заряда на границе сращивания в структурах кремний на изоляторе / И. В. Антонова, В. А. Стучинский, О. В. Наумова, Д. В. Николаев, В. П. Попов // ФТП. 2003. - Т. 37(11). - С. 1341-1345.

91. Nicollian Е. Н. The Si-SiC>2 interface electrical properties as determined by the metal-insulator-silicon conductance technique / E. H. Nicollian, A. Goetzberger // Bell Syst. Tech. Journal. - 1967. - Vol. 46. - P. 1055-1133.

92. Полукристаллические полупроводники. Под ред. Харбеке Г. М.: Мир. - 1989. - с.341.

93. Sakaguchi К. Current Progress in Epitaxial Layer Transfer (ELTRAN) / K. Sakaguchi, N. Sato, K. Yamagata, T. Atoji Y. , Fujiyama, J. Nakayama, T. Yonehara // IEICE Trans. Electron. 1997. - Vol. E80-C(3). - P. 378-387.

94. Antonova I. V. DLTS study of bonded interface in silicon-on-insulator structures annealed in hydrogen atmosphere / I. V. Antonova, J. Stano, О. V. Naumova, V. P. Popov, V. A. Skuratov // Microelectronic Engineering. 2003. - Vol. 66(1-4). - P. 547-552.

95. Pantelides S. T. The Physics of Si02 and its interfaces / S. T. Pantelides, M. Long // Proc. Intern. Conf. Edited by Pantelides S.T. N.Y. - Pergamon Press. - 1978. - P. 339.

96. Herman F. // Insulating Films on Semiconductors. Proc. Intern. Conf. Erlanger, FRG. Edited by M. Schulz, G. Pensel. Berlin, Springer-Verlag. - 1981. - P. 2.

97. Kirichenko T. A. Silicon interstitials at Si/Si02 interface: Density functional calculations / T. A. Kirichenko, D. Yu, S. K. Banerjee, G. S. Hwang // Phys. Rev. B. 2005. - Vol. 72(3). -035345-1-6.

98. Buczko R. Bonding Arrangment at the Si-Si02 and SiC-Si02 Interfaces and a Possible Origin of their Contrasting Properties / R. Buczko, S. J. Pennicook, S. T. Pantelides // Phys. Rev. Lett. 2000. - Vol. 84. - P. 943-946.

99. Ramamoorthy M. Atomic dynamics and defect evolution during oxygen precipitation and oxidation of silicon / M. Ramamoorthy, E. H. Poindexter // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol. 75. - P. 115-117.

100. Kageshima H. First-principles study of oxide growth on Si(100) surfaces and at Si02/Si(100) interfaces / H. Kageshima, K. Shiraishi // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. - P. 5936-5939.

101. Vdovin V. Dislocation structure in interfaces between Si wafers with hybrid crystal orientation / V. Vdovin, N. Zakharov, E. Pippel, P. Werner, M. Milvidskii, M. Ries, M. Seacrist, R. Falster // 2009. Phys. Stat. Sol. C. - Vol. 6. - P. 1929-1934.

102. Poindexter E. H. Interface states and spin resonance centers in thermally oxidized (111) and (100) silicon wafers E. FI. / Poindexter, P. J. Caplan, В. E. Deal, R. R. Razouk // J. Appl. Phys. 1981.-Vol. 52.-P. 879-884.

103. Geraadi G. J. Interface traps and Pb centers in oxidized (100) silicon wafers / G. J. Geraadi E. H. , Poindexter, P. J. Caplan, N. M. Johnson // J. Appl. Phys. 1986. - Vol. 49. - P. 348350.

104. Stesmans A. Electrical activity of interfacial paramagnetic defects in thermal (100) Si/SiC^/ A. Stesmans, V. V. Afanas'ev // Phys. Rev. B. 1998. - Vol. 57. - P. 10030.

105. Afanasiev V. V. Wafer bonding induced degradation of thermal silicon dioxide layers on silicon / V. V. Afanasiev, P. Ericsson, S. Bengtsson, M.O. Andersson // Appl. Phys. Lett. -1995. Vol. 66(13). - P. 1653-1655.

106. Kononchuk O. Diffusion of iron in the silicon dioxide layer of silicon-on-insulator structures / O. Kononchuk, K. G. Korablev, N. Yarykin, G. A. Rozgoni // Appl. Phys. Lett. 1998. -Vol. 73(9). - P. 1206-1208.

107. Гуртов В. А. Радиационные процессы в структурах металл-диэлектрик-полупроводник // Петрозаводск. 1988. - С. 71-88.

108. Brady F. Т. Determination of the fixed oxide charge and interface trap densities for buried oxide layers formed by oxygen implantation / F. T. Brady, S. S. Li, D. E. Burk // Appl. Phys. Lett. 1988. - Vol. 52(11). - P. 886-888.

109. Reilly L. P. Theory of defects in vitreous silicon dioxide / L. P. Reilly, T. Robertson // Phys. Rev. B. 1983. - Vol. 27(6). - P. 3780-3795.

110. Feijoo D. Silicon wafer bonding studied by infrared absorption spectroscopy / D. Feijoo, Y. J. Chabal, S. B. Christman // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 65(20). - P. 2548 -2550.

111. Snow E. H. Ion transport phenomena in insulating films / E. H. Snow, A. S. Grove, В. E. Deal, С. T. Sah // J. Appl. Phys. 1965. - Vol. 36(5). - P. 1664-1673.

112. Schwank J.R. New insights into fully-depleted • SOI transistor response after total-dose irradiation / J. R. Schwank, M. R. Shaneyfelt, P. E. Dodd, J. A. Burns, C. L. Keast, P. W. Wyatt // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2000. - Vol.47(3). - P. 604-612.